新教材2021-2022学年高中物理人教版必修第三册课件：第9章 3.电场　电场强度61 张PPT

3.电场　电场强度
课标定位
1.理解电场强度的概念及公式,并会进行有关的计算。
2.会用点电荷的电场强度公式进行有关计算,会解决简单的两个电场电场强度的叠加问题。
3.了解电场线的作用和特点,能大致描绘典型电场的电场线。
素养阐释
1.通过学习电场、电场强度的概念,培养物理观念。
2.通过实验探究和定量分析,体会电场强度的定义方法,培养科学探究能力。
3.通过运用电场线描绘几种常见电场,体会科学思维的方法。
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、电场
1.概念:电荷的周围存在着由它产生的电场。
2.基本性质:处在电场中的其他电荷受到的作用力就是这个电场给予的,电荷之间通过电场相互作用。

?
3.静电场:静止电荷产生的电场。
二、电场强度
1.试探电荷与场源电荷
(1)试探电荷:用来研究电场各点性质的电荷叫作试探电荷,它是电荷量和体积都很小的点电荷。
(2)场源电荷:激发电场的带电体所带的电荷叫作场源电荷,或源电荷。
2.电场强度
(1)概念:在电场的不同位置,试探电荷所受的静电力与它的电荷量之比叫作电场强度。
(3)单位:牛每库(N/C)。
(4)方向:电场强度是矢量,电场中某点的电场强度的方向与正电荷在该点所受的静电力的方向相同。
3.有同学认为:电场就是电场强度,你怎样认为?
提示:电场是一种特殊的物质,电场强度反映了电场在各点的性质,二者不同。
三、点电荷的电场　电场强度的叠加
1.点电荷的电场
(1)电场强度公式: ,其中Q是场源电荷的电荷量。
(2)方向:当Q为正电荷时,E的方向沿半径向外;当Q为负电荷时,E的方向沿半径向内。
2.电场强度的叠加
如果场源是多个点电荷,则电场中某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。
四、电场线
1.电场线
电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向。在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏。
2.几种常见电场的电场线
3.电场线的两个特点
(1)电场线从正电荷或无限远出发,终止于无限远或负电荷。
(2)同一电场的电场线在电场中不相交。
五、匀强电场
1.如果电场中各点的电场强度的大小相等、方向相同,这个电场就叫作匀强电场。
2.匀强电场的电场线可以用间隔相等的平行线来表示。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)根据电场强度的定义式 ,可知E与F成正比,与q成反比。(　　)
(2)P点的电场强度越大,则同一电荷在P点所受静电力越大。
(　　)
(3)以点电荷为球心的球面上各点的电场强度处处相同。
(　　)
(4)电场线的方向与带电粒子的受力方向一定相同。(　　)
×
√
×
×
2.是不是只有试探电荷q存在时,电场才存在?
提示:不是,电场是由场源电荷产生的,与试探电荷的存在与否没有关系。
3.为什么电场线不会相交?有同学说两条电场线之间的空白区域无电场,你认为是这样吗?
提示:如果电场线相交,在交点处就有两个“切线方向”,就会得出同一点电场方向不唯一的错误结论。电场线是为了形象描述电场,人为画出的一些线,在电场中任何区域均可画电场线,而没画电场线的地方,即两条电场线之间的空白区域也有电场。
合作探究·释疑解惑
知识点一
知识点二
知识点三
对电场强度的理解
问题引领
如图所示,在一带负电的导体A附近有一点B,若在B处放置一个q1=-2.0×10-8 C的电荷,测出其受到的静电力F1大小为4.0×10-6 N,方向如图所示。假设B处电荷不影响导体A的电荷分布。
(1)B处电场强度是多少?方向如何?
(2)如果换成一个q2=4.0×10-7 C的电荷放在B点,其受力多大?此时B处电场强度多大?
提示:(1)200 N/C　方向与F1相反　(2)8.0×10-5 N 200 N/C
归纳提升
1.试探电荷的特点
试探电荷的电荷量和尺寸都很小,放入试探电荷不引起原电场的明显变化,即忽略它所产生的电场。
2.对电场强度定义式的理解
(1)公式 是电场强度的定义式,该式给出了测量电场中某一点电场强度的方法。应当注意,电场中某一点的电场强度由电场本身决定,与是否测量及如何测量无关。
(2)由 变形为F=qE,表明:如果已知电场中某点的电场强度E,便可计算在电场中该点放任何电荷量的带电体所受的静电力的大小。电场强度E与电荷量q的大小决定静电力的大小;电场强度E的方向与电荷的电性共同决定静电力的方向,正电荷所受静电力方向与电场强度方向相同,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。
典型例题
【例题1】 由电场强度的定义式 可知,在电场中的同一点(　　)
A.电场强度E跟F成正比,跟q成反比
B.无论试探电荷所带的电荷量如何变化, 始终不变
C.不同电荷在电场中某点所受的静电力大小不同,该点的电场强度在不断改变
D.一个不带电的小球在P点受到的静电力为零,则P点的电场强度一定为零
答案:B
解析:电场强度等于试探电荷所受静电力与它的电荷量之比,但并不是说电场强度E跟F成正比、跟q成反比,电场强度E由电场本身决定,与F、q无关,故A错误。在电场中的同一点,电场强度E是一定的,无论试探电荷所带的电荷量如何变化, 始终不变;不同电荷在电场中某点所受的静电力大小不同,但电场强度恒定,故B正确,C错误。由于电场对不带电的小球没有静电力作用,所以不带电的小球在P点受到的静电力为零,P点的电场强度可能为零,也可能不为零,故D错误。
1.公式 是电场强度的定义式,适用于一切电场,其中q为试探电荷的电荷量,F为电场对试探电荷的作用力。
2.电场强度的大小与该点放不放电荷、放入的电荷的电荷量的大小均无关。
【变式训练1】 A为已知电场中的一固定点,在A点放一电荷量为q的试探电荷,其所受静电力为F,A点的电场强度为E,则(　　)
A.若在A点换一电荷量为-q的试探电荷,A点电场强度方向发生变化
B.若在A点换一电荷量为2q的试探电荷,A点的电场强度将变为2E
C.若移去A点的试探电荷q,A点的电场强度变为零
D.A点电场强度的大小、方向与q的大小、正负、有无均无关
答案:D
解析:本题考查对电场强度的理解,培养物理观念。电场强度E的大小及方向与试探电荷无关,故在A点放入任何电荷,A点电场强度的方向和大小均不变,故A、B、C错误,D正确。
电荷的电场　电场强度的叠加
问题引领
如图所示,Q和Q'均为正点电荷,且Q=Q'。探讨:



(1)正点电荷Q在q处产生的电场强度为多大?沿什么方向?
(2)正点电荷Q和Q'在q处产生的电场强度为多大?沿什么方向?
归纳提升
2.计算电场强度的几种方法
3.两等量点电荷连线上和连线的中垂线上电场强度的分布特点
(1)两等量异种点电荷


①两电荷连线的中垂线上:各点的电场强度方向都由正电荷的一边指向负电荷的一边,且与中垂线垂直;两电荷连线的中点O的电场强度最大,从O点沿中垂线向两边电场强度逐渐变小,直至无穷远处时为零;中垂线上任意一点a与该点关于O点对称的点b的电场强度大小相等,方向相同(如图所示)。
②两电荷的连线上:各点电场强度的方向由正电荷沿两电荷的连线指向负电荷,O点的电场强度最小,从O点沿两电荷的连线向两边电场强度逐渐变大;两电荷的连线上,任一点c与该点关于O点对称的点d的电场强度相同。
(2)两等量同种正点电荷
①两电荷连线的中垂线上:两电荷连线的中点O和无穷远处的电场强度均为零,其他各点的电场强度方向均沿着中垂线向外背离O点,所以在中垂线上,由O点的零电场强度开始,电场强度先变大,后逐渐变小,直到无穷远处时减小为零;中垂线上任一点a与该点关于O点对称的点b的电场强度大小相等,方向相反(如图所示)。
②两电荷的连线上:各点电场强度的方向由该点指向中点O,大小由O点的电场强度为零开始向两端逐渐变大;任意一点c与该点关于O点对称的点d的电场强度大小相等,方向相反。
典型例题
【例题2】 如图所示,真空中,电荷量分别为+Q和-Q的点电荷A、B相距为r。

(1)点电荷A、B在中点O产生的电场强度分别为多大?方向如何?
(2)两点电荷连线的中点O的电场强度为多大?方向如何?
(3)在两点电荷连线的中垂线上,距A、B都为 的C点的电场强度大小、方向如何?
解析:(1)如图所示,A、B两点电荷在O点产生的电场强度方向相同,均由A→B。A、B两点电荷在O点产生的电场强度大小
电场强度是矢量,合成时遵循矢量运算法则(平行四边形定则),常用的方法有图解法、解析法、正交分解法等;对于同一直线上电场强度的合成,可先规定正方向,进而把矢量运算转化成代数运算。
【变式训练2】 如图所示,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O点为半圆弧的圆心,∠MOP=90°。电荷量相等、电性相反的两个点电荷分别置于M、N两点,这时O点电场强度的大小为E1;若将N点处的点电荷移至P点,则O点的电场强度的大小变为E2。E1与E2之比为(　　)
答案:B
对电场线的理解和应用
问题引领
为了形象地描述电场,法拉第引入了电场线的概念。电场线是真实存在的吗?电场线是如何表示电场方向和强弱的?
提示:电场线实际上并不存在,是假想的物理模型。在电场中,某点电场线的切线方向表示该点电场强度的方向;电场线的疏密表示电场强度的相对大小,电场强度较大的地方电场线较密,反之较疏。
归纳提升
1.几种常见电场的电场线的分布
(1)点电荷的电场:正电荷的电场线从正电荷出发延伸到无限远处,负电荷的电场线由无限远处延伸到负电荷,如图所示。
其特点有:
①点电荷形成的电场中,不存在电场强度相同的点。
②若以点电荷为球心做一个球面,电场线处处与球面垂直。在此球面上电场强度大小处处相等,方向各不相同。
(2)等量同种点电荷的电场:电场线分布如图所示(以等量正电荷为例)。
(3)等量异种点电荷的电场:电场线分布如图所示。
(4)匀强电场:其电场线是互相平行且等间距的直线,如图所示。
2.电场线与带电粒子在电场中的运动轨迹的比较
典型例题
【例题3】 下列关于电场线的说法正确的是(　　)
A.电场线的方向,就是电荷受力的方向
B.正电荷只受静电力作用则一定沿电场线运动
C.电场线越密的地方,同一电荷所受静电力越大
D.静电场的电场线有可能是闭合的
答案:C
解析:正电荷的受力方向沿着电场线的切线方向,负电荷的受力方向沿着电场线切线的反方向,并且电场线不一定和电荷的运动轨迹重合,所以A、B错;电场线的疏密程度表示电场强度大小,同一电荷所受静电力与电场强度成正比,所以C对;静电场的电场线从正电荷或无穷远出发,到无穷远或负电荷结束,且不闭合,所以D错。
1.电场线不是电荷的运动轨迹,根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向,但不能确定电荷的速度方向和运动轨迹。
2.电场线与带电粒子运动轨迹重合必须同时满足以下三个条件:
(1)电场线是直线;
(2)带电粒子只受静电力作用或除静电力外的其他力的合力与静电力在同一直线上;
(3)带电粒子初速度的大小为零或初速度的方向与电场线方向在一条直线上。
【变式训练3】 某电场的电场线分布如图所示,下列说法正确的是(　　)


A.c点的电场强度大于b点的电场强度
B.若将一试探电荷+q由a点静止释放,它将沿电场线运动到b点
C.b点的电场强度大于d点的电场强度
D.a点和b点的电场强度的方向相同
答案:C
解析:电场线的疏密表征了电场强度的大小,由题图可知EaEc,Eb>Ed,Ec课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(对电场强度的理解)电场中有一点P,下列说法正确的是
(　　)
A.若放在P点的电荷的电荷量减半,则P点的电场强度减半
B.若P点没有试探电荷,则P点电场强度为零
C.P点电场强度越大,则同一电荷在P点所受静电力越大
D.P点的电场强度方向为该点的电荷的受力方向
答案:C
解析:电场中某点的电场强度是不依赖于检验电荷而客观存在的。为了知道电场中某点的电场强度,可以把一个试探电荷放在该点,其受到的静电力F与自身的电荷量q的比值可反映该点电场强度的大小,但该点的电场强度由电场本身决定,与试探电荷的电荷量多少、电性和有无均无关,所以A、B错。由 得F=Eq,当q一定时,F与E成正比,所以C正确。电场中某点的电场强度方向规定为正电荷在该点受到的静电力方向,与负电荷受力的方向相反,由于D选项中未说明该点电荷的正负,故不能确定P点的电场强度方向是否与电荷的受力方向相同,D错。
2.(对电场强度的认识)下列各电场中,A、B两点电场强度相同的是(　　)
答案:C
解析:A图中,A、B两点电场强度大小相等,方向不同;B图中,A、B两点电场强度的方向相同,但大小不等;C图中是匀强电场,则A、B两点电场强度大小、方向均相同;D图中A、B两点电场强度大小、方向均不相同,故选项C正确。
3.(电场线的应用)某静电场的一部分电场线分布如图所示,下列说法正确的是(　　)


A.这个电场可能是负点电荷的电场
B.点电荷q在A点处受到的静电力比在B点处受到的静电力大
C.点电荷q在A点处的瞬时加速度比在B点处的瞬时加速度小
D.负电荷在B点处所受到的静电力的方向沿B点切线方向
答案:B
解析:负点电荷的电场线是自四周无穷远处指向负电荷的直线,A错。电场线密的地方电场强度大,由题图知EA>EB,则FA>FB,B对。由 知,aA>aB,C错。规定正电荷受力方向为电场强度方向,B点的切线方向应是正电荷的受力方向,与负电荷受力方向相反,D错。
4.(电场强度的计算)如图所示,A为带正电荷Q的金属板,金属板的右侧有一质量为m、电荷量为q的小球,小球用绝缘细线悬挂于O点。小球由于受静电力的作用向右偏转θ角后静止,此时小球位于金属板的垂直平分线上,求小球所在处的电场强度。
解析:由对称性可知,金属板对小球的作用力水平向右。分析小球的受力如图所示,由平衡条件得
F电=mgtan θ
由电场强度的定义式得,
小球所在处的电场强度
由于小球带正电,所以小球所在处的电场强度方向水平向右。